(57)【要約】【課題】１つの電源と１つのリニア増幅器によってコンパクト且つローコストで電流応答性のよいサーボ増幅器を提供する。【解決手段】  直流電源とリニア増幅器と電流検出器を備えた主回路に接続された負荷の電流を電流制御器によって制御するサーボ増幅器において、主回路が、１つの単一出力の直流電源ＰＳと、その直流電源を電源とする１つの双極性リニア増幅器１と、単一出力の直流電源の正極と負極の間に直列接続された２つの半導体パワースイッチング素子ＴＰ、ＴＮと、２つの半導体パワースイッチング素子の中間点と双極性リニア増幅器の出力の間に接続された負荷２に流れる電流を検出する電流検出器２１とを備え、電流指令と電流検出器が検出した負荷の電流を比較して電流制御する。【選択図】図１
2006352780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源とリニア増幅器と電流検出器を備えている主回路に接続された負荷の電流を電流制御器によって制御するサーボ増幅器において、
前記主回路が、１つの単一出力の直流電源と、その直流電源を電源とする１つの双極性リニア増幅器と、前記単一出力の直流電源の正極と負極の間に直列接続された２つの半導体パワースイッチング素子と、前記２つの半導体パワースイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された２つの還流ダイオードと、前記２つの半導体パワースイッチング素子のそれぞれに並列に接続された２つの高抵抗と、前記２つの半導体パワースイッチング素子の中間点と前記１つのリニア増幅器の出力の間に接続された負荷に流れる電流を検出する電流検出器とを備え、電流指令と前記電流検出器が検出した負荷の電流を比較して電流制御することを特徴とするサーボ増幅器。
【請求項２】
負荷に供給する電流の極性に応じて前記２つの半導体パワースイッチング素子のいずれかをオンすることを特徴とする請求項１に記載のサーボ増幅器。
【請求項３】
電流指令が所定値より小さいときは前記２つの半導体パワースイッチング素子のいずれもオフとすることを特徴とする請求項１に記載のサーボ増幅器。
【請求項４】
直流電源とリニア増幅器と電圧検出器を備えている主回路に接続された負荷にかかる電圧を電圧制御器によって制御するサーボ増幅器において、
前記主回路が、１つの単一出力の直流電源と、その直流電源を電源とする１つの双極性リニア増幅器と、前記単一出力の直流電源の正極と負極の間に直列接続された２つの半導体パワースイッチング素子と、前記２つの半導体パワースイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された２つの還流ダイオードと、前記２つの半導体パワースイッチング素子のそれぞれに並列に接続された２つの高抵抗と、前記２つの半導体パワースイッチング素子の中間点と前記１つのリニア増幅器の出力の間に接続された負荷に印加される電圧を検出する電圧検出器とを備え、電圧指令と前記電圧検出器が検出した負荷の電圧を比較して電圧制御することを特徴とするサーボ増幅器。
【請求項５】
負荷に印加された電圧の極性に応じて前記２つの半導体パワースイッチング素子のいずれかをオンすることを特徴とする請求項４に記載のサーボ増幅器。
【請求項６】
電圧指令が所定値より小さいときは前記２つの半導体パワースイッチング素子のいずれもオフとすることを特徴とする請求項４に記載のサーボ増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁石や圧電素子、ＤＣサーボモータなど単相のアクチュエータを駆動するサーボ増幅器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リニア増幅器が使われる従来のサーボ増幅器の主回路は図３のようになっている。図３（ａ）は、１つのリニア増幅器と２つの直流電源から構成されたシングルエンドプッシュプル形サーボ増幅器の主回路であり、指令回路が出力する電流指令あるいは電圧指令の電圧がリニア増幅器で増幅されると、直流電源から負荷に電力が供給される。このような主回路の具体的な構成が例えば非特許文献１に開示されている。
図３（ｂ）は、２つのリニア増幅器と１つの直流電源から構成されたダブルエンドプッシュプル形サーボ増幅器の主回路であり、指令回路が出力する電流指令あるいは電圧指令の電圧が１つ目のリニア増幅器で電力増幅され、同時に指令回路の出力が位相反転回路によって反転されて２つ目のリニア増幅器で電力増幅される。このため、リニア増幅器の増幅度をＧとすると指令回路の出力の２Ｇ倍の電圧が負荷に印加される。このような主回路の具体的な構成が例えば非特許文献２に開示されている。
なお、図３（ａ）、図３（ｂ）の主回路は、リニア増幅器の損失を無視して直流電源の定格電圧をＶｃｃとし、定格電流をＩとすると、負荷に供給可能な最大電力はいずれもＶｃｃ・Ｉとなっている。
【非特許文献１】「パワーＭＯＳＦＥＴの応用技術」、日刊工業新聞出版、2003年、P.235,237、山崎浩
【非特許文献２】「ＭＯＳＦＥＴ・ＢＴＬパワーアンプの製作」、ラジオ技術、1999年5月号、P.21、山崎浩
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが図３（ａ）の主回路を持つサーボ増幅器は、電圧＋Ｖｃｃ、−Ｖｃｃを出力する２つの電源を必要としており、図３（ｂ）の主回路を持つサーボ増幅器は、電源は１つでよいものの２つのリニア増幅器を必要としているなど、主回路の主要部を２組使用するため、体積が大きく、コストが高くつくという問題があった。
そこで本発明は、１つの電源と１つのリニア増幅器によってコンパクト且つローコストで電流応答性のよいサーボ増幅器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため第１の発明は、直流電源とリニア増幅器と電流検出器を備えている主回路に接続された負荷の電流を電流制御器によって制御するサーボ増幅器において、前記主回路が、１つの単一出力の直流電源と、その直流電源を電源とする１つの双極性リニア増幅器と、前記単一出力の直流電源の正極と負極の間に直列接続された２つの半導体パワースイッチング素子と、前記２つの半導体パワースイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された２つの還流ダイオードと、前記２つの半導体パワースイッチング素子のそれぞれに並列に接続された２つの高抵抗と、前記２つの半導体パワースイッチング素子の中間点と前記１つのリニア増幅器の出力の間に接続された負荷に流れる電流を検出する電流検出器とを備え、電流指令と前記電流検出器が検出した負荷の電流を比較して電流制御することを特徴としている。
また第２の発明は、負荷に供給する電流の極性に応じて前記２つの半導体パワースイッチング素子のいずれかをオンすることを特徴としている。
また第３の発明は、電流指令が所定値より小さいときは前記２つの半導体パワースイッチング素子のいずれもオフとすることを特徴としている。
また第４の発明は、直流電源とリニア増幅器と電圧検出器を備えた主回路に接続されている負荷にかかる電圧を電圧制御器によって制御するサーボ増幅器において、前記主回路が、１つの単一出力の直流電源と、その直流電源を電源とする１つの双極性リニア増幅器と、前記単一出力の直流電源の正極と負極の間に直列接続された２つの半導体パワースイッチング素子と、前記２つの半導体パワースイッチング素子のそれぞれに逆並列に接続された２つの還流ダイオードと、前記２つの半導体パワースイッチング素子のそれぞれに並列に接続された２つの高抵抗と、前記２つの半導体パワースイッチング素子の中間点と前記１つのリニア増幅器の出力の間に接続された負荷に印加される電圧を検出する電圧検出器とを備え、電圧指令と前記電圧検出器が検出した負荷の電圧を比較して電圧制御することを特徴としている。
また第５の発明は、負荷に印加された電圧の極性に応じて前記２つの半導体パワースイッチング素子のいずれかをオンすることを特徴としている。
また第６の発明は、電圧指令が所定値より小さいときは前記２つの半導体パワースイッチング素子のいずれもオフとすることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００５】
第１の発明によると、主回路の主要部を単一極性の直流電源と１つの双極性リニア増幅器とし、これに２つの半導体パワースイッチング素子を加えて構成されているので、構造が簡単で小型・安価にして電源の利用効率を飛躍的に高めることができ、さらに電流応答性をよいものにすることができるという効果がある。
第２の発明によると、電流の極性に応じて何れかの半導体パワースイッチング素子をオンしているので、電源の利用効率を飛躍的に高めることができるという効果がある。
第３の発明によると、電流指令が所定値より小さいときは半導体パワースイッチング素子のいずれもオフとしているので、電源の利用効率を飛躍的に高めることができるという効果がある。
第４の発明によると、主回路の主要部を単一極性の直流電源と１つの双極性リニア増幅器とし、これに２つの半導体パワースイッチング素子を加えて構成されているので、構造が簡単で小型・安価にして電源の利用効率を飛躍的に高めることができ、さらに電圧応答性をよいものにすることができるという効果がある。
第５の発明によると、電圧の極性に応じて何れかの半導体パワースイッチング素子をオンしているので、電源の利用効率を飛躍的に高めることができるという効果がある。
第６の発明によると、電圧指令が所定値より小さいときは半導体パワースイッチング素子のいずれもオフとしているので、電源の利用効率を飛躍的に高めることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明のサーボ増幅器の具体的実施例について図を用いて説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は本発明のサーボ増幅器の構成を示す機能ブロック図であり、図１を詳しく記述したのが図２である。
このサーボ増幅器は１つの電源と１つのリニア増幅器のほかにいくつかの小部品から構成されている。主回路電源ＰＳは，リニア増幅器１と２つの半導体パワースイッチング素子ＴＰ、ＴＮを通じて負荷２に電力を供給する。電流指令ｉ＊が与えられると、負荷２の負荷電流検出信号ｉｆがフィードバックして差し引かれて電流偏差Δｉが求められ、これを入力したＰＩＤ制御回路４が比例、積分、微分演算によって電流指令を求める。負荷電流検出信号ｉｆは負荷２に流れる電流を検出する電流検出器２１とその検出信号を入力する負荷電流検出回路５によって求められる。リニア増幅器１が電流指令を入力すると、電力増幅して電流指令ｉ＊に応じた電流を負荷２に供給する。
一方，電流指令ｉ＊が電流極性判別回路６に入力されると、電流指令ｉ＊の極性に応じた２つの信号ＱＰ、ＱＮを出力してゲートドライブ回路３１、３２の入力となる。電流極性判別回路６は電流指令ｉ＊が正であればＱＰを１、ＱＮを０とし、ｉ＊が負であればＱＰを０、ＱＮを1として出力する。従って電流指令ｉ＊が正であれば半導体パワースイッチング素子ＴＰがＯＦＦ、半導体パワースイッチング素子ＴＮがＯＮとなって負荷２に正の電流が流れ、電流指令ｉ＊が負であれば半導体パワースイッチング素子ＴＰがＯＮ、半導体パワースイッチング素子ＴＮがＯＦＦとなって負荷２に負の電流が流れる。このとき、電流指令ｉ＊が小さければ半導体パワースイッチング素子ＴＰ、半導体パワースイッチング素子ＴＮのいずれもＯＦＦになる。
このように電流指令ｉ＊の極性によって２つの半導体パワースイッチング素子の何れか１つがＯＮして負荷２に電流を供給するのである。
【０００８】
以上、電流極性判別回路６に電流指令ｉ＊を入力する場合について説明したが、電流指令ｉ＊に代えて電流偏差Δｉを入力してもよい。この場合は電流偏差Δｉの極性に応じて電流指令ｉ＊を入力したときと同じように動作し、半導体パワースイッチング素子の何れかがＯＮして負荷２に電流を供給するのである。
以上のように、１つの電源と１つのリニア増幅器に２つの半導体パワースイッチング素子を加えたサーボ増幅器であっても、２つの半導体パワースイッチング素子をオンオフさせ、リニア増幅器と連携動作させることによってプッシュプル形のサーボ増幅器とすることができるのである。
図１の機能ブロック図はリニア増幅器１が電流制御をする場合を示しているが、リニア増幅器１が電圧制御をする場合は、電流指令ｉ＊を電圧指令ｖ＊に変えて負荷電流検出回路５を電圧検出回路に変えればよく、リニア増幅器１が電流制御をするときと同じ様な動作をさせることができる。
なお、２つの半導体パワースイッチング素子ＴＰ、ＴＮと並列接続された還流ダイオードと高抵抗よりなるブロックＡ１、Ａ２は、負荷に供給する電流が極小であって、半導体パワースイッチング素子ＴＰ、ＴＮがオフの時に電流ループを形成する。
【産業上の利用可能性】
【０００９】
ノイズが少なく、高精度で且つ大電力のリニア増幅が必要とされるあらゆる用途へ適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のサーボ増幅器の機能ブロック図
【図２】図１の詳細図
【図３】従来のリニア増幅器の主回路図（ａ）シングルエンドプッシュプル形（ｂ）ダブルエンドプッシュプル形
【符号の説明】
【００１１】
１  リニア増幅器、   ２  負荷、    ２１  電流検出器、
３１、３２  ゲートドライブ回路、   ４  ＰＩＤ制御回路、
５  負荷電流検出回路、      ６  電流極性判別回路
【図１】
2006352780.tif 000003
【図２】
2006352780.tif 000004
【図３】
2006352780.tif 000005